晶体材料的辐照效应是核能、半导体技术、微电子技术以及航空航天等领域关注的重要课题之一。然而,离子辐照引起的级联碰撞过程发生在皮秒量级,目前实验上无法对该过程进行直接观测。近年来计算机技术的发展使得我们对该过程可以进行模拟重现,进而对辐照损伤效应的微观机理开展深入研究。卢瑟福沟道背散射技术是研究材料表面(_～μm深度处)辐照损伤的重要手段,目前该技术已经广泛地应用于离子辐照损伤分析领域。然而,由于离子辐照导致的损伤结构十分复杂,这使得我们很难从实验测得的沟道背散射能谱中直接了解其反映的损伤结构。本工作基于计算机模拟技术,利用两体碰撞近似,开发了一个能够模拟任意损伤结构中沟道背散射能谱的计算程序;结合分子动力学模拟,提出了一种晶体的辐照损伤后的沟道背散射模拟方法;并应用于高浓固溶体合金和石英等材料,开展了辐照损伤效应的微观机理研究。本论文工作主要包括三个部分:第一部分,基于两体碰撞近似模型,开发了一个能够模拟任意损伤结构中沟道背散射能谱的计算程序RBSADEC(Rutherford Backscaterring Spectrometry in Arbitrary DEfected Crystals)。该程序可以从单独的输入文件中读入被模拟材料的结构(由一系列原子坐标描述),这使得该程序可以适用于任何结构的材料,并能与其它原子尺度的模拟手段结合,如分子动力学方法、蒙特卡洛方法和动力学蒙卡方法等。RBSADEC可实现以下功能:(I)模拟离子在任意结构材料中的射程;(II)模拟任意结构材料中的沟道背散射能谱。利用RBSADEC程序研究了晶体Ni中不同类型缺陷(点缺陷和长程缺陷)对沟道背散射产额的贡献,发现Ni中的长程缺陷(包括位错、层错等)比点缺陷对沟道背散射的产额影响更大;同时结果表明长程缺陷对沟道背散射的影响主要通过使沟道离子偏离沟道而导致较大的背散射产额,而非沟道离子与缺陷直接作用所致;并解释了实验中观测到较高的背散射产额,而从高分辨扫描透射电子显微镜(high-resolution scanning transmission electron microscopy,HTEM)图像中仅仅观测到较低浓度缺陷的原因。第二部分,将RBSADEC应用于高浓固溶体合金(Concentrated Solid Solu-tion alloys,CSAs)NiFe和NiCoCr辐照损伤的研究。利用用分子动力学方法和RBSADEC程序相结合,模拟了上述合金样品中离子辐照损伤后的沟道背散射能谱,结果表明模拟的沟道背散射能谱与实验能谱符合较好。在本研究中,(I)结合分子动力学方法和两体碰撞近似程序RBSADEC,提出了一种不采用任何经验参数的沟道背散射模拟方法(以下简称分子动力学-两体碰撞近似方法);(II)利用沟道背散射模拟,证实了CSAs合金比纯金属Ni表现出更好的抗辐照性能;(III)比较模拟沟道背散射能谱与实验能谱,证明了离子辐照对NiFe和NiCoCr的损伤过程中,发生在离子辐照级联碰撞过程中缺陷的演化是形成最终缺陷结构的主导因素,而较长时间尺度平衡态下的缺陷演化对辐照损伤结构的影响不大。第三部分,将RBSADEC应用于石英晶体的辐照损伤的研究。利用分子动力学方法模拟了50 keV Na离子辐照下石英晶体的无定型化的过程;通过上述的分子动力学-两体碰撞近似方法,模拟了不同辐照剂量下的沟道背散射能谱;并采用多种分析方法(角度结构因子分析、Wigner-Seitz分析、配位数分析和环分析等),研究了不同辐照剂量下的损伤结构。结果表明:(I)石英晶体的表面对辐照导致的缺陷具有沉积作用;(II)较长时间尺度的退火会在一定程度上使辐照产生的缺陷复合;(III)石英晶体在低能离子辐照时,其无定型化的临界剂量不依赖于反冲离子的能谱或辐照离子的种类;(IV)不同分析方法的结果显示,在沟道背散射产额达到饱和后,继续辐照仍然会导致结构继续变化,这使得我们很难在原子尺度定义其无定型化的临界剂量。综上所述,本文利用分子动力学方法和两体碰撞方法提出了一种不采用任何经验参数模拟(甚至预测)沟道背散射能谱的新方法,使得沟道背散射可作为一种微观分析方法,用于研究晶体辐照损伤过程中的机理。并将该方法成功地应用于合金以及石英的离子辐照损伤的模拟中,揭示了损伤过程中的微观机理。